結論から言うと、
表皮幹細胞や皮膚組織などの伸縮刺激を受ける細胞群では、
機械刺激に応答して、Piezo1, Caシグナリングに由来するH3K9me3のメチル化レベルの減少が生じる
↓
これによってクロマチンの流動性が上昇し、核膜の張力が減少するため、核が軟化する
↓
機械刺激が分散することでDNA損傷が防がれる、
ということを示した論文。
本日は「Heterochromatin-Driven Nuclear Softening Protects the Genome against Mechanical Stress-Induced Damage (ヘテロクロマチンを介した核の軟化は機械刺激による損傷からゲノムを保護する)」という論文で、フィンランド Helsinki Institute of Life Science, Biomedicum Helsinki, University of Helsinki の Sara Wickström のグループ（どういったラボ？→*1）による研究。（論文サイトへのlink→*2）
膜の張力を低下させることで刺激が分散される、という発想を持っていなかったので、読んでいて新鮮でした。勉強になりました。
興味を持たれた方はabstractもどうぞ*3。
How can tissues maintain functional integrity during exposure to high levels of mechanical stress? Specifically, how does a cell's nucleus cope? Heterochromatin can dynamically rearrange its epigenetic state and architecture when stressed, which alters the mechanical properties of chromatin and the nucleus to mitigate DNA damage. Using mice, Nava et al. combined stem cell biology and mechanobiology to study epidermal stem cells and skin tissue that might be expected to experience stretching. Mechanical strain on epithelial sheets triggered stem cell nucleus deformation, which induced calcium release from the endoplasmic reticulum via Piezo1 channels. Calcium signaling altered the architecture, epigenetics, and mechanical state of heterochromatin to dissipate mechanical energy and minimize DNA damage. Stem cells subjected to continuous mechanical stress over longer periods of time became aligned perpendicular to the direction of strain to redistribute mechanical stress.
(私訳と勝手な注釈)
高レベルの機械刺激にさらされている間、組織はどのようにして機能的な完全性を維持できるのでしょうか？具体的には、細胞の核はどのように対処するのでしょうか？ストレスを受けると、ヘテロクロマチンはそのエピジェネティックな状態と構造を動的に変化させることができ、これによりクロマチンと核の機械的特性が変化してDNA損傷を緩和する。Navaらはマウスを用いて、stem cell biologyとmechanobiologyを組み合わせて、日常的に伸縮刺激ににさらされていると考えられる表皮幹細胞と皮膚組織を研究した。上皮シート上の機械的なひずみは幹細胞の核の変形を誘発し、それが Piezo1チャネルを介して小胞体からのカルシウム放出を誘発した。カルシウムのシグナル伝達は、ヘテロクロマチンの構造、エピジェネティクス、機械的状態を変化させることで、機械的エネルギーを散逸させ、DNA損傷を最小限に抑えていた。また、機械刺激を長時間継続的に受けた幹細胞は、機械的ストレスを再分散するために、ひずみの方向に垂直に整列するようになった。
*1:このグループは単一の幹細胞が組織の中でどのように制御されているのかを研究しているラボのようです。-- Adult tissue-resident stem cells fuel renewal, repair, and remodeling of tissues to maintain their structure and function. Research in the Wickström lab aims to uncover how single stem cell behaviors are coordinated at the population level, and how population-level dynamics are coupled to tissue architecture. Uncovering these regulatory principles will facilitate the development of stem cell and regenerative therapies and more effective treatments against cancers. As a self-renewing organ maintained by multiple distinct stem cell populations, the skin epidermis represents an outstanding, clinically highly relevant research paradigm to address these questions. --https://www.helsinki.fi/en/researchgroups/stem-cells-and-tissue-architecture より
*2:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867420303457#!
*3:今回はScience誌のEditor's choiceからの要約です
